La polarización de los macrófagos es un proceso mediante el cual estos adoptan diferentes programas funcionales en respuesta a las señales de su microambiente. Esta capacidad está relacionada con sus múltiples funciones en el organismo: son potentes células efectoras del sistema inmunitario innato , pero también son importantes en la eliminación de restos celulares, el desarrollo embrionario y la reparación de tejidos. [1]
Mediante una clasificación simplificada, el fenotipo de los macrófagos se ha dividido en dos grupos: M1 (macrófagos activados clásicamente) y M2 (macrófagos activados alternativamente). Esta amplia clasificación se basó en estudios in vitro , en los que los macrófagos cultivados se trataron con moléculas que estimularon el cambio de su fenotipo a un estado particular. [2] Además de la estimulación química, se ha demostrado que la rigidez del sustrato subyacente en el que se cultiva un macrófago puede dirigir el estado de polarización, los roles funcionales y el modo de migración. [3] Puede surgir un continuo de polarización M1-M2 incluso en ausencia de citocinas polarizadoras y diferencias en la rigidez del sustrato. [4] Los macrófagos M1 se describieron como el tipo proinflamatorio, importante en la defensa directa del huésped contra patógenos , como la fagocitosis y la secreción de citocinas proinflamatorias y moléculas microbicidas. Se describió que los macrófagos M2 tenían una función completamente opuesta: la regulación de la fase de resolución de la inflamación y la reparación de tejidos dañados. Más tarde, estudios in vitro y ex vivo más extensos han demostrado que los fenotipos de macrófagos son mucho más diversos y se superponen entre sí en términos de expresión y función genética, lo que revela que estos muchos estados híbridos forman un continuo de estados de activación que dependen del microambiente. [5] [6] [7] [8] Además, in vivo , existe una gran diversidad en el perfil de expresión genética entre diferentes poblaciones de macrófagos tisulares. [9] Por lo tanto, se considera que el espectro de activación de los macrófagos es más amplio e involucra una vía reguladora compleja para responder a una gran cantidad de señales diferentes del entorno. [10] [11] La diversidad de fenotipos de macrófagos aún debe caracterizarse completamente in vivo .
El desequilibrio de los tipos de macrófagos está relacionado con una serie de enfermedades relacionadas con la inmunidad. [12] [13] Por ejemplo, se ha demostrado que el aumento de la relación M1/M2 se correlaciona con el desarrollo de la enfermedad inflamatoria intestinal , [14] [15] así como la obesidad en ratones. [16] [17] [18] Por otro lado, los experimentos in vitro implicaron a los macrófagos M2 como los mediadores primarios de la fibrosis tisular . [13] Varios estudios han asociado el perfil fibrótico de los macrófagos M2 con la patogénesis de la esclerosis sistémica. [12] [19]
Los macrófagos activados clásicamente (M1) fueron nombrados por GB Mackaness en la década de 1960. [20] La activación de M1 in vitro se evoca mediante el tratamiento con ligandos TLR como el lipopolisacárido bacteriano (LPS), típico de las bacterias Gram negativas y el ácido lipoteicoico (LTA), típico de las bacterias Gram positivas , el factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF) o la combinación de LPS e interferón gamma (IFN-γ). [2] [21] [22] De manera similar in vivo , los macrófagos activados clásicamente surgen en respuesta al IFN-γ producido por los linfocitos Th1 o por las células asesinas naturales (NK), y el factor de necrosis tumoral ( TNF ), producido por las células presentadoras de antígenos (APC). [22]
Los macrófagos activados por M1 expresan factores de transcripción como el factor regulador del interferón ( IRF5 ), el factor nuclear potenciador del gen del polipéptido ligero kappa ( NF-κB ), la proteína activadora ( AP-1 ) y STAT1 . Esto conduce a una mayor capacidad microbicida y a la secreción de altos niveles de citocinas proinflamatorias: p. ej. , IFN-γ , IL -1 , IL-6 , IL-12 , IL-23 y TNFα . Además, para aumentar su capacidad para matar patógenos, producen mayores cantidades de sustancias químicas llamadas especies reactivas de oxígeno (ROS) y radicales de nitrógeno (causados por la regulación positiva de la NO sintasa inducible iNOS). [5] [23] Gracias a su capacidad para combatir patógenos, los macrófagos M1 están presentes durante las enfermedades infecciosas agudas . Varios estudios han demostrado que la infección bacteriana induce la polarización de los macrófagos hacia el fenotipo M1, lo que da como resultado la fagocitosis y la muerte intracelular de las bacterias in vitro e in vivo . Por ejemplo, se ha demostrado que Listeria monocytogenes , una bacteria grampositiva que causa listeriosis , induce una polarización M1, [24] [25] así como Salmonella Typhi (el agente de la fiebre tifoidea) y Salmonella Typhimurium (que causa gastroenteritis), que se ha demostrado que inducen la polarización M1 de los macrófagos humanos y murinos. [25] Los macrófagos se polarizan hacia el perfil M1 durante la fase temprana de la infección por Mycobacterium tuberculosis , [26] así como otras especies de micobacterias como Mycobacterium ulcerans (que causa la enfermedad de la úlcera de Buruli ) y Mycobacterium avium . [25]
Un control inadecuado e inoportuno de la respuesta inflamatoria mediada por los macrófagos M1 puede provocar la alteración de la homeostasis tisular normal e impedir la reparación vascular. Una producción descontrolada de citocinas proinflamatorias durante la inflamación puede provocar la formación de una tormenta de citocinas , contribuyendo así a la patogénesis de la sepsis grave. [27] Para contrarrestar la respuesta inflamatoria, los macrófagos sufren apoptosis o se polarizan a un fenotipo M2 para proteger al huésped de la lesión excesiva. [23]
Los macrófagos activados alternativamente (M2) se descubrieron a principios de la década de 1990 y se denominaron de acuerdo con la respuesta antiinflamatoria mediada por células Th2 descubierta previamente. [23] Los macrófagos M2 resuelven la inflamación, ayudan a la curación de tejidos, toleran autoantígenos y ciertos neoantígenos (por ejemplo, células apoptóticas, células simbiontes, gametos y células del embrión en el útero). Por lo tanto, los macrófagos M2 gobiernan las funciones en las interfaces de la inmunidad, el desarrollo y el recambio de tejidos, el metabolismo y la señalización endocrina. [28] Se ha demostrado in vitro que el tratamiento de macrófagos con IL-4 e IL-13 conduce a la inhibición de la producción de señales proinflamatorias y a la regulación positiva del receptor de manosa depurador CD206. [23] Estudios posteriores han demostrado que la polarización de M2 puede inducirse a través de diferentes señales de activación que conducen de hecho a diferentes fenotipos M2 que tienen diferentes funciones. Primero se ha sugerido que los macrófagos M2 se pueden dividir en dos grupos: macrófagos reguladores y macrófagos cicatrizantes. Se ha descrito que los macrófagos reguladores tienen propiedades antiinflamatorias, importantes en las fases resolutivas de la inflamación, ya que producen la citocina inmunosupresora IL-10 . La diferenciación hacia el fenotipo de macrófago regulador puede ser desencadenada por complejos inmunes, prostaglandinas , células apoptóticas e IL-10. Por otro lado, se ha demostrado que los macrófagos que cicatrizan heridas producen IL-4 y regulan positivamente la actividad de la arginasa , que es la enzima involucrada en la producción de poliaminas y colágeno, regenerando así el tejido dañado. [5] [6]
Una mayor investigación de los subtipos M2 condujo a una sistematización aún más compleja, donde los autores describen los subtipos M2a, M2b y M2c. [7] [12] Los macrófagos M2a son activados por IL-4 e IL-13, lo que provoca una expresión regulada positivamente de la arginasa-1, el receptor de manosa MRc1 (CD206), la presentación de antígenos por el sistema MHC II y la producción de IL-10 y TGF-𝛽, lo que conduce a la regeneración tisular y la internalización de moléculas proinflamatorias para prevenir la respuesta inflamatoria. Los macrófagos M2b producen IL-1, IL-6, IL-10, TNF-𝛼 como respuesta a complejos inmunes o LPS, lo que conduce a la activación de células Th2 y actividad antiinflamatoria. Los macrófagos M2c son activados por IL-10, factor de crecimiento transformante beta (TGF-𝛽) y glucocorticoides , y producen IL-10 y TGFβ, lo que conduce a la supresión de la respuesta inflamatoria. Algunos autores mencionan la activación del subtipo M2d como respuesta a IL-6 y adenosinas, y estos macrófagos también se denominan macrófagos asociados a tumores (MAT). [7] [12] [29]
Aunque el estado de activación de M2 involucra poblaciones heterogéneas de macrófagos, algunos marcadores son compartidos entre subtipos, por lo que la división estricta de los macrófagos en subtipos no es posible hasta ahora. En ratones, el marcador CD206 o el receptor de manosa se pueden utilizar para diferenciar M2 de M1. Además, la traducción in vivo de estas subdivisiones de M2 es difícil. Los tejidos contienen una gama compleja de estímulos que conducen a poblaciones mixtas de macrófagos con un amplio espectro de estados de activación. [7] [30]
Aún queda mucho por aprender sobre los estados de activación polarizada de los macrófagos y su papel en la respuesta inmunitaria. Puesto que no existe una barrera rígida entre los fenotipos de macrófagos descritos y que los marcadores conocidos se expresan en más de uno de estos estados de activación, [5] [30] es imposible hasta ahora clasificar los subtipos de macrófagos de forma adecuada y precisa. Por lo tanto, sus diferencias se consideran más bien como un continuo de estados funcionales sin límites claros. Además, se observa que los estados de los macrófagos cambian durante el curso temporal de la inflamación y la enfermedad. [30] [31] Esta plasticidad del fenotipo de los macrófagos ha aumentado la confusión con respecto a la existencia de subtipos individuales de macrófagos in vivo . [30] [32]
Los macrófagos asociados a tumores (MAT) son típicos por sus funciones protumorales como la promoción de la motilidad de las células cancerosas, la formación de metástasis y la angiogénesis [33] y su formación depende de factores microambientales que están presentes en el desarrollo del tumor. [34] Los MAT producen citocinas inmunosupresoras como IL-10, TGFβ y PGE2, muy poca cantidad de NO o ROI y bajos niveles de citocinas inflamatorias (IL-12, IL-1β , TNFα , IL-6 ). [35] La capacidad de los MAT para presentar antígenos asociados a tumores disminuye, así como la estimulación de las funciones antitumorales de las células T y NK. Además, los MAT no pueden lisar las células tumorales. [34] La focalización de TAM puede ser una nueva estrategia terapéutica contra el cáncer, como se ha demostrado a través de la administración de agentes para alterar el reclutamiento y la distribución de TAM, [36] agotar los TAM existentes, [37] o inducir la reeducación de los TAM de un fenotipo M2 a un fenotipo M1. [38] [39]
Se sabe que algunos macrófagos residen en los tejidos y ayudan a mantener el microambiente tisular. Estos se conocen como macrófagos residentes en los tejidos (TRM). Se sabe que los TRM de los islotes pancreáticos son de naturaleza inflamatoria y pertenecen a la categoría M1. [40]